CN106410442B - 4+1突波吸收式接地装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种4+1突波吸收式接地装置，包括由分流极、导流防蚀砼带、水平接地体组成的导流网及与导流网连接的地电位限制器。在地中构成吸收、消耗、释放等多种类型电流释放通道，能同时降低接地系统阻性分量和感性分量并通过吸收一部分、消耗一部分、泄放一部分技术实现突波电流对地全释放，具有地电位低、设计简单、安装方便、检测准确、工作可靠及制作成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及防雷接地技术领域，具体是一种4+1突波吸收式接地装置。
背景技术
目前，接地技术存在的难点问题：
1、接地电阻的计算、接地装置的安装和接地电阻测量是基于均匀土壤及工频电流或直流条件下的模拟技术方法，现实中土壤的不均匀性和突波电流不确定性难以满足现有条件，降低接地阻抗、特别是降低感性分量现有技术尚无具体办法。
2、接地阻抗XZ为阻性分量(接地电阻)XR和感性分量XL的矢量和(如图1所示)，现有接地技术仅仅解决阻性分量XR的问题。
3、现有接地技术以降低阻性分量(接地电阻)XR为主要技术手段，如：加大接地网的面积，深井法、引外接地体等，在降低接地电阻XR的同时，感性分量XL增加，接地阻抗XZ没有降低(如图2所示)。
4、目前，电力设施90％以上故障来自冲击波，与接地感性分量XL密切相关，国内外在现行标准规范中未出现相关技术标准。
5、传统接地装置在冲击电流作用下的特性与工频电流作用时的特性有很大差别，由于感性分量的影响，表现出明显的非线性时变特性。当电涌到达时，由于波头陡度大、幅值高，冲击电流难以释放并在电涌注入点有限范围内表现出地电位升高(如图5所示)，造成危害。
6、研究表明：雷击的破坏性来自雷电波波头(如图7所示)，波头陡度越大，破坏性越强。根据电磁场理论，因感性分量因素，现有接地装置对雷电波头的泄放能力有限。
发明内容
本发明提供一种4+1突波吸收式接地装置，能同时降低接地系统阻性分量和感性分量，具有地电位低、设计简单、安装方便、检测准确、工作可靠及制作成本低的优点。
一种4+1突波吸收式接地装置，包括导流网及与导流网连接的地电位限制器，所述导流网包括分流极、导流防蚀砼带、水平接地体；
所述地电位限制器包括接地线端子、放电极、受电极、储电极、电气隔离层、集电极、地闪器，所述接地线端子的一端与导流网相连，另一端与放电极、储电极相连，受电极位于放电极下方；
所述储电极通过电气隔离层与集电极构成容性接地装置，形成高频冲击电流释放通道；
所述放电极与储电极相连，受电极与集电极相连，集电极与地闪器相连，在地中构成过电压放电通道；
所述分流极通过导流防蚀砼带、水平接地体、接地线端子与储电极相连，在地中构成工频电流或直流释放通道。
进一步的，还包括集流仓、绝缘层、储能仓，所述集流仓与集电极连接，所述储能仓与储电极连接，所述绝缘层将集流仓与储能仓电气隔离。
进一步的，所述导流网包括四个分流极、四组导流防蚀砼带和四个水平接地体，分流极垂直向下埋设，水平接地体的一端与分流极的顶端连接，另一端交合且通过接地引下线与地电位限制器连接，所述导流防蚀砼带敷设在水平接地体周围，一端与储能仓连接、另一端与分流极连接。
进一步的，所述放电极可移动调节与受电极的放电间隔距离。
进一步的，所述4+1突波吸收式接地装置可多套并联任何接地网或接地体，构造成突波吸收式综合接地系统。
本发明的有益效果在于：解决目前接地技术的难点问题，将入地电流释放通道由一种类型增加为吸收、消耗、释放等多种类型电流释放通道，能同时降低接地系统阻性分量和感性分量，由于具有容性特征，在冲击波状态下，多以位移电流的形式传导，特别适用于高电阻率、非均匀性土壤环境中降低接地网和大型接地网的接地阻抗，具有地电位低、设计简单、安装方便、检测准确、工作可靠及制作成本低的优点。
附图说明
图1是接地阻抗XZ的矢量构成图；
图2是现有接地技术以降低接地电阻XR为主要技术手段的接地阻抗XZ的矢量构成图；
图3是本发明4+1突波吸收式接地装置其中一个实施例的结构示意图；
图4是本发明实施例中地电位限制器的结构示意图；
图5是接地引入点地电位升示意图；
图6是地电位限制器等效电路图；
图7是雷电波波形输入与4+1突波吸收式接地装置输出波形示意图。
图中：1—地电位限制器，2—分流极，3—导流防蚀砼带，4—水平接地体，5—接地线端子，6—放电极，7—受电极，8—储电极，9—电气隔离层，10—集电极，11—地闪器，12—集流仓，13—绝缘层，14—储能仓，15—接地引下线。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图3所示为本发明4+1突波吸收式接地装置其中一个实施例的结构示意图，所述雷电冲击波吸收式接地装置包括地电位限制器1、分流极2、导流防蚀砼带3、水平接地体4。
水平接地体4可由镀锌扁钢、元钢等材料制成，分流极2可为圆钢、钢管、接地极等。导流防蚀砼带3由半导体复合材料敷设在水平接地体4周围，与四个分流极2、水平接地体4连接成一定面积和深度的导流网。其中四个分流极2垂直向下埋设，四个分流极2连线可围成一个不规则的四边形，四个水平接地体4的一端与分流极2的顶端连接，另一端交合且通过接地引下线15与地电位限制器1相连，构成多类电流(例如工频电流或直流)对地释放通道。
接地引下线15与地电位限制器1的接地线端子5(如图4所示)相连，通过导流网将不同类型的入地电流引导至相应的通道释放。
本发明可多套并联任何接地网或接地体，构造成突波吸收式接地系统。
结合参考图4，所述地电位限制器1包括接地线端子5、放电极6、受电极7、储电极8、电气隔离层9、集电极10、地闪器11。所述接地线端子5的一端与接地引下线15相连，另一端与放电极6、储电极8相连。受电极7位于放电极6下方，且间隔一定距离，所述放电极6通过螺纹可调节与受电极7之间间隙，以控制放电电压高低。
所述储电极8通过电气隔离层9与集电极10构成容性接地装置形成高频冲击电流释放通道；
所述放电极6与储电极8相连，受电极7与集电极10相连，集电极10与地闪器11相连，在地中构成过电压放电通道，限制地电位升高。
所述分流极2通过导流防蚀砼带3、水平接地体4、接地线端子5与储电极8相连，在地中构成工频电流或直流释放通道。
所述集电极10可加长深入地下以获得相对稳定的基准电位。
本发明4+1突波吸收式接地装置还包括集流仓12、绝缘层13、储能仓14，在地电场和地中电解质的作用下，土壤中的正负离子将分别聚集到与正负极相对的界面上，从而形成双集电层，以获得较大的电容量。所述集流仓12、储能仓14为导流防蚀砼、活性炭材料制作成的多孔电荷吸附体。所述导流防蚀砼带3的一端与储能仓14连接、另一端与分流极2连接。
所述集流仓12与集电极10连接，所述储能仓14与储电极8连接，所述绝缘层13将集流仓12与储能仓14电气隔离。
本发明的工作原理为：由集流仓12、绝缘层13、储能仓14构成容性接地体，形成高频冲击电流释放通道，在地电场和地中电解质的作用下，土壤中的正负离子将分别聚集到与正负极相对的界面上，从而形成双集电层，获得较大的电容量，集流仓12与集电极10连接，集电极10与受电极7、地闪器11相连，储能仓14与储电极8连接，储电极8与放电极6、接地线端子5依次连接，接地线端子5与接地引下线15连接。当冲击波由接地引下线15注入时，储能仓14中的异性电荷对峰值电流、雷电流波头中合吸收一部分能量，当储电极8与集电极10的电位差增大时，放电极6对受电极7放电、地闪器11对土壤放电消耗一部分能量，剩余能量的陡度、频率降低，电感分量已不再是主要问题，可由分流极2、导流防蚀砼带3、水平接地体4构成的导流网对大地释放，由此完成突波电流吸收一部分、消耗一部分、泄放一部分对地全释放过程。
试验研究表明：当电涌到达时，由于波头陡度大、幅值高，在电涌注入点有限范围内(如图5所示)表现出地电位升高，安装在电涌注入点的4+1突波吸收式接地装置具有以下特点(如图6所示)：
接地效率：相当于高效常规接地装置；
电容效应：相当于超高压、大容量电容器；
限压能力：相当于大于200KA非线性放电装置；
本发明4+1突波吸收式接地装置，采用最先进的浪涌识别技术和顺序保护技术，分别对雷电波的波头、波长和波尾进行吸收、泄放后陡度、幅值降低(如图7所示)：
(1)地电位限制器1及接地网所呈现的电容特性能迅速实现雷电流波头吸收，由集电极10构成电气的接地基准电位，实现电气保护接地，使接地系统获得较稳定的基准电位；
(2)地电位限制器1通过放电极6与受电极7放电间隙和地闪器11对土壤火花效应形成电晕闪烁，迅速吸收、消耗较大能量的高、低频电流，并把地电位反击电压抑制在较低水平。
(3)本发明易获得较低接地阻抗。自由电荷在电场的作用下，通过导流网引导不同类型的电流分量沿低阻抗通路散放，以实现电气接地和电涌冲击接地需求。
本发明不是以追求减小接地电阻为目的来泄流，而是换个角度考虑：根据雷电流波形特征，采取先吸收、后泄放的原则，并在地中构造类似电容器和非线性开关元件的接地装置，在雷电波注入时，通过先吸收、再泄放，削波峰、减陡度的技术方案，将各类过电流进行有效释放，同时把地电位抑制在安全范围内。
本发明由地电位限制器1组与4组接地极和导流防蚀砼带组合构成多类电流对地释放通路，安装在电涌注入点，在电涌注入时，采用吸收一部分、消耗一部分、泄放一部分的技术方案，实现入地电流的全释放，由多组雷电冲击波吸收式接地装置可构造成突波吸收式接地系统，其目的不是单纯追求减小接地电阻，而是构成具有电容特性和非线性开关元件的接地装置，能同时降低接地系统阻性分量和感性分量。
本发明适用于：接闪器的接地、二次设备、弱电设备的综合接地。包括：变电高压设备及输变电线路杆塔，铁路桥梁、隧道、路基、站场、铁路钢轨的接地。
Claims (5)
1.一种4+1突波吸收式接地装置，其特征在于：包括导流网及与导流网连接的地电位限制器(1)，所述导流网包括分流极(2)、导流防蚀砼带(3)、水平接地体(4)；
所述地电位限制器(1)包括接地线端子(5)、放电极(6)、受电极(7)、储电极(8)、电气隔离层(9)、集电极(10)、地闪器(11)，所述接地线端子(5)的一端与导流网相连，另一端与放电极(6)、储电极(8)相连，受电极(7)位于放电极(6)下方；
所述储电极(8)通过电气隔离层(9)与集电极(10)构成容性接地装置，形成高频冲击电流释放通道；
所述放电极(6)与储电极(8)相连，受电极(7)与集电极(10)相连，集电极(10)与地闪器(11)相连，在地中构成过电压放电通道；
所述分流极(2)通过导流防蚀砼带(3)、水平接地体(4)、接地线端子(5)与储电极(8)相连，在地中构成工频电流或直流释放通道。
2.如权利要求1所述的4+1突波吸收式接地装置，其特征在于：还包括集流仓(12)、绝缘层(13)、储能仓(14)，所述集流仓(12)与集电极(10)连接，所述储能仓(14)与储电极(8)连接，所述绝缘层(13)将集流仓(12)与储能仓(14)电气隔离。
3.如权利要求2所述的4+1突波吸收式接地装置，其特征在于：所述导流网包括四个分流极(2)、四组导流防蚀砼带(3)和四个水平接地体(4)，分流极(2)垂直向下埋设，水平接地体(4)的一端与分流极(2)的顶端连接，另一端交合且通过接地引下线(15)与地电位限制器(1)连接，所述导流防蚀砼带(3)敷设在水平接地体(4)周围，一端与储能仓(14)连接、另一端与分流极(2)连接。
4.如权利要求1所述的4+1突波吸收式接地装置，其特征在于：所述放电极(6)可移动调节与受电极(7)的放电间隔距离。
5.如权利要求1所述的4+1突波吸收式接地装置，其特征在于：所述4+1突波吸收式接地装置可多套并联任何接地网或接地体，构造成突波吸收式综合接地系统。
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